KIẾN TRÚC PHẦN MỀM BỘ XỬ LÝ

Kiến trúc phần mềm xử lý Nội dung  Các thành phần máy tính  Kiến trúc máy tính  Tập lệnh  Kiến trúc CISC  Kiến trúc RISC Các thành phần máy tính CPU Bộ nhớ Bus hệ thống Module vào/ra HDD LCD Đặc trưng  Máy tính bao gồm:  CPU  Bộ nhớ  Hệ thống vào-ra  Bộ nhớ chứa chương trình liệu, gồm ngăn nhớ đánh địa  Máy tính thực lệnh Bộ xử lý trung tâm (CPU)  Chức năng:  Điều khiển hoạt động máy tính  Xử lý liệu  Nguyên tắc hoạt động:     Hoạt động theo chương trình nằm nhớ Nhận lệnh từ nhớ Giải mã lệnh Phát tín hiệu điều khiển thực thi lệnh  Trong trình hoạt động, CPU trao đổi liệu với nhớ hệ thống vào/ra Bộ vi xử lý  Là CPU chế tạo chip  Tốc độ vi xử lý:  Được đánh giá thông qua tần số xung đồng hồ (clock) cung cấp cho xử lý làm việc  VD: vi xử lý có tốc độ 1GHz => chu kỳ xung 10-9 s = 1ns Bộ nhớ máy tính  Chức năng:  Lưu trữ chương trình liệu  Các thao tác với nhớ:  Thao tác đọc (read)  Thao tác ghi (write)  Các thành phần nhớ:  Bộ nhớ  Bộ nhớ Bộ nhớ  Bao gồm thành phần nhớ mà CPU     trao đổi thông tin trực tiếp Được thiết kế nhớ bán dẫn (ROM, RAM) Dung lượng nhỏ nhớ ngồi Tốc độ nhanh Chia làm:  Bộ nhớ (main memory)  Bộ nhớ đệm nhanh (cache memory) Bộ nhớ  Chứa chương trình thực liệu xử lý  Được tổ chức thành ngăn nhớ đánh địa theo byte  Trên máy tính PC, nhớ gồm:  ROM BIOS: chứa chương trình điều khiển máy tính  RAM: chứa thơng tin tạm thời Bộ nhớ đệm nhanh  Được đặt đệm CPU nhớ nhằm tăng tốc độ truy cập nhớ CPU  Hiện nay, cache chia thành số mức: level (L1), level (L2), level (L3), … tích hợp chip vi xử lý  Cache thuộc loại nhớ RAM Tập lệnh – Các thủ tục  Các thủ tục gọi lệnh CALL  Bên thủ tục, trước kết thúc thủ tục cần có lệnh RETURN  Việc truyền tham số thủ tục gọi thủ tục bị gọi sử dụng ghi ngăn xếp Các kiểu định vị  Big-endian: byte thấp đặt địa cao (IBM, Motorolla, Sun, HP)  Little-endian: byte thấp đặt địa thấp (Intel, DEC) Kiểu chiều dài toán hạng  Kiểu toán hạng thường đưa vào mã lệnh  kiểu thường dùng:  Kiểu địa  Kiểu số: số nguyên, số dấu chấm động, …  Kiểu chuỗi ký tự: ASCII, EBIDEC, …  Kiểu logic: bit, cờ (flag)  Thơng thường loại tốn hạng xác định ln chiều dài (8 bit, 16 bit, 32 bit, 64 bit) Kiến trúc CISC  CISC (Complex Instruction Set Computer) đời từ năm 1960  Các chương trình khó dùng ghi  Ưu tiên chọn kiểu: nhớ - nhớ, nhớ ghi  Lệnh phức tạp, dùng nhiều kiểu định vị Kiến trúc RISC  Đầu thập niên 1980, chương trình dịch biết sử      dụng ghi khơng có khác biệt sử dụng nhớ cho vi chương trình hay chương trình Dẫn đến đưa RISC (Reduced Instruction Set Computer) Cho phép thực kỹ thuật pipeline Lệnh có chiều dài cố định, dạng đơn giản, dễ giải mã Kiểu ghi – ghi Chỉ có lệnh ghi/đọc nhớ cho phép thâm nhập nhớ Đặc điểm RISC  Có số lệnh (thơng thường 100 lệnh )  Có số kiểu định vị (thông thường hai kiểu: định vị       tức định vị gián tiếp thơng qua ghi) Có số dạng lệnh (một hai) Các lệnh có chiều dài Chỉ có lệnh ghi đọc ô nhớ thâm nhập vào nhớ Dùng tạo tín hiệu điều khiển mạch điện để tránh chu kỳ giải mã vi lệnh làm cho thời gian thực lệnh kéo dài Bộ xử lý RISC có nhiều ghi để giảm bớt việc thâm nhập vào nhớ Ngoài xử lý RISC thực tất lệnh chu kỳ máy Ưu điểm RISC  Diện tích xử lý dùng cho điều khiển giảm từ 60% (cho xử lý CISC) xuống 10% (cho xử lý RISC) => tích hợp thêm vào bên xử lý ghi, cổng vào nhớ cache  Tốc độ tính tốn cao nhờ vào việc giải mã lệnh đơn giản, nhờ có nhiều ghi (ít thâm nhập nhớ), nhờ thực kỹ thuật ống dẫn liên tục có hiệu (các lệnh có thời gian thực giống có dạng)  Thời gian cần thiết để thiết kế điều khiển Điều góp phần làm giảm chi phí thiết kế  Bộ điều khiển trở nên đơn giản gọn làm cho rủi ro mắc phải sai sót mà ta gặp thường điều khiển Hạn chế RISC  Các chương trình dài so với chương trình viết cho xử lý CISC Điều nguyên nhân sau :  Cấm thâm nhập nhớ tất lệnh ngoại trừ lệnh đọc ghi vào nhớ Do ta buộc phải dùng nhiều lệnh để làm công việc định  Cần thiết phải tính địa hiệu dụng khơng có nhiều cách định vị  Tập lệnh có lệnh nên lệnh khơng có sẵn phải thay chuỗi lệnh xử lý RISC  Các chương trình dịch gặp nhiều khó khăn có lệnh làm cho có lựa chọn để diễn dịch cấu trúc chương trình gốc Sự cứng nhắc kỹ thuật ống dẫn gây khó khăn Hạn chế RISC  Có lệnh trợ giúp cho ngơn ngữ cấp cao  Các xử lý CISC trợ giúp mạnh ngơn ngữ cao cấp nhờ có tập lệnh phức tạp Hãng Honeywell chế tạo máy có lệnh cho động từ ngơn ngữ COBOL Các tiến gần cho phép xếp đặt vi mạch, xử lý RISC nhiều tốn tử chun dùng  Thí dụ, xử lý 860 Intel bao gồm xử lý RISC, làm tính với số lẻ tạo tín hiệu đồ hoạ Kiểu định vị RISC  Kiểu định vị ghi  Kiểu định vị tức  Kiểu định vị trực tiếp  Kiểu định vị gián tiếp ghi + độ dời  Kiểu định vị tự tăng Ngôn ngữ cấp cao ngôn ngữ máy  FORTRAN dùng tính tốn khoa học  COBOL dùng quản lý  LISP & PROLOG dùng trí tuệ nhân tạo  PASCAL, C, ADA, …  Đặc điểm: cô đọng độc lập với vi xử lý  Cần có chương trình dịch để chuyển từ mã nguồn sang mã máy máy tính sử dụng ... khởi động Kiến trúc máy tính  Gồm phần:  Kiến trúc phần mềm  Tổ chức máy tính  Phần cứng máy tính Kiến trúc phần mềm  Là kiến trúc tập lệnh (ISA – Instruction Set Architecture) xử lý, bao... thành phần máy tính  Kiến trúc máy tính  Tập lệnh  Kiến trúc CISC  Kiến trúc RISC Các thành phần máy tính CPU Bộ nhớ Bus hệ thống Module vào/ra HDD LCD Đặc trưng  Máy tính bao gồm:  CPU  Bộ. .. với nhớ hệ thống vào/ra Bộ vi xử lý  Là CPU chế tạo chip  Tốc độ vi xử lý:  Được đánh giá thông qua tần số xung đồng hồ (clock) cung cấp cho xử lý làm việc  VD: vi xử lý có tốc độ 1GHz => chu